死锁细究！ |
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死锁细究！
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一、死锁的定义&危害
1、死锁是什么
发生在并发中互不想让：当两个（或更多）线程（或进程）相互持有对方所需要的资源，又不主动释放，导致所有人都无法继续前进，导致程序陷入无尽的阻塞，这就是死锁。
死锁的影响在不同的系统中是不一样的，这取决于系统对死锁的处理能力 数据库中： 数据库可以检测到并介入，可以通过放弃其中某个事物的锁来解决JVM中： JVM 无法自动处理锁，需要人工处理 3、死锁的危害死锁发生的几率不高但危害大，一旦发生，多是高并发场景，影响用户多；甚至可能造成整个系统奔溃，或者子系统崩溃，或者性能降低；而且在压力测试过程无法找出所有潜在的死锁。 二、发生死锁的例子 1. 两个线程的简单场景代码展示： /** * 必定发生死锁的情况 */ public class MustDeadLock implements Runnable { int flag = 1;//标记位 static Object lock1 = new Object(); static Object lock2 = new Object(); public static void main(String[] args) { MustDeadLock r1 = new MustDeadLock(); MustDeadLock r2 = new MustDeadLock(); r1.flag=1; r2.flag=0; Thread thread1 = new Thread(r1); Thread thread2 = new Thread(r2); thread1.start(); thread2.start(); } @Override public void run() { System.out.println("flag= " + flag); if (flag == 1) { synchronized (lock1){ try { Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } synchronized (lock2){ System.out.println("线程1成功拿到两把锁"); } } } if (flag == 0) { synchronized (lock2){ try { Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } synchronized (lock1){ System.out.println("线程2成功拿到两把锁"); } } } } }结果如下：
thread1 启动之后拿到 lock1 并休眠 500ms ，与此同时，thread2 启动之后拿到了 lock2 并休眠 500ms ；thread1 醒来之后想去获取 lock2 ，但是 lock2 被 thread2 拥有，因此 thread1 会陷入阻塞，而 thread2 醒来之后会去拿 lock1 ，但是 lock 在 thread1 手上，thread2 也会陷入阻塞， thread1 和 thread2 都进入了阻塞，相互等待，结果进入了死锁。 2. 银行转账的案例具体案例可参考文章：《银行转账（死锁）》 三、死锁发生的必要条件 1、互斥条件一个资源每一次只能被一个进程或者线程使用。比如我这里有锁，我拿了这锁之后，其他线程就不能拿到他，除非我释放了他 2、请求与保持条件第一个线程请求第二把锁同时保持第一把锁。比如线程1想要请求一把锁B，在请求期间，他对已经拿到的锁A一直保持不释放 3、不剥夺条件不被外界干扰剥夺锁。即没有外界干扰结束死锁的情况。 4、循环等待条件两个或者多个互相等待或者环形等待锁的释放。比如两个线程等待条件，就是你等我释放，我等你释放；多个线程等待条件，就是A等B，B等C，C等D，D等E，E等F，F等A，无尽不释放，无尽陷入等待，构成环路。 以上四个条件：缺一不可， 只需要破解以上4个条件任意一个条件，这个死锁就不会发生了！！ 四、如何定位死锁的位置 1、jstack 命令该代码来自文章《银行转账（死锁）》中，代码如下： public class TransferMoney implements Runnable { Integer flag = 1; static Account a = new Account(1000); static Account b = new Account(1000); //主函数 public static void main(String[] args) throws InterruptedException { TransferMoney t1 = new TransferMoney(); TransferMoney t2 = new TransferMoney(); t1.flag = 1; t1.flag = 0; Thread thread1 = new Thread(t1); Thread thread2 = new Thread(t2); thread1.start(); thread2.start(); thread1.join(); thread1.join(); System.out.println("a的余额为："+a.balance); System.out.println("a的余额为："+b.balance); } @Override public void run() { if (flag == 1) { transferMoney(a, b, 500); } if (flag == 0) { transferMoney(b, a, 500); } } // 转账 private void transferMoney(Account from, Account to, int amount) { synchronized (from) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取到第一把锁"); //加入线程睡眠500ms try { Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } synchronized (to) { System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"获取到第二把锁"); if (from.balance - amount < 0) { System.out.println("余额不足，转账失败。"); return; } from.balance -= amount; to.balance += amount; System.out.println("成功转账" + i + "元"); } } } static class Account { //余额 int balance; public Account(int balance) { this.balance = balance; } } }下面通过使用java自带的jstack命令，来查找我们项目中的死锁问题 ## 需要首先获取程序的进程 pid jps ## 然后在 终端界面执行如下命令 jstack 8359 #javahome下的jastack命令 进程的pid执行结果图：
可以清晰地看到 Thread-1 拿到了锁 ,正在等待 ，而 Thread-0 拿到了锁 ，正在等待 ，于是两者互相等待，造成死锁。 2、ThreadMXBean代码 /** * 通过 ThreadMXBean 检测死锁 */ import java.lang.management.ManagementFactory; import java.lang.management.ThreadInfo; import java.lang.management.ThreadMXBean; public class ThreadMXBeanDetection implements Runnable{ int flag = 1;//标记位 static Object lock1 = new Object(); static Object lock2 = new Object(); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { ThreadMXBeanDetection r1 = new ThreadMXBeanDetection(); ThreadMXBeanDetection r2 = new ThreadMXBeanDetection(); r1.flag=1; r2.flag=0; Thread thread1 = new Thread(r1); Thread thread2 = new Thread(r2); thread1.start(); thread2.start(); Thread.sleep(1000); //得到实例 ThreadMXBean threadMXBean = ManagementFactory.getThreadMXBean(); long[] deadlockedThreads = threadMXBean.findDeadlockedThreads(); //发现死锁 if (deadlockedThreads != null && deadlockedThreads.length>0){ //迭代 for (long item : deadlockedThreads) { //获取线程信息 ThreadInfo threadInfo = threadMXBean.getThreadInfo(item); //获取死锁线程的名字 System.out.println("发现死锁："+threadInfo.getThreadName()); } } } @Override public void run() { System.out.println("flag= " + flag); if (flag == 1) { synchronized (lock1){ try { Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } synchronized (lock2){ System.out.println(flag); } } } if (flag == 0) { synchronized (lock2){ try { Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } synchronized (lock1){ System.out.println(flag); } } } } }打印结果：
如上图所示，ThreadMXBean 可以检测死锁，如果我们检测到了之后，就可以编写对应的逻辑，比如重启线程、通知告警系统、发消息提醒运维人员等。 五、修复死锁策略 1、线上发生死锁应该怎么办保存案发现场，然后立即重启服务器，确保线上服务能运行下去，之后在利用保存的信息，排查死锁，修改代码，重新发布。 2、常见修复策略避免策略：哲学家就餐的换手方案、转账换序方案。可参考下面两篇文章： 《哲学家就餐问题》《银行转账》检测与恢复策略：一段时间检测是否有死锁，如果有就剥夺某一个资源，来打开死锁 检测算法： 锁的调用链路图 允许发生死锁每次调用锁的记录，并绘成一个有向的数据结构图定期检查'锁的调用链路图'中是否存在环路一旦发现死锁，就用死锁恢复机制恢复 死锁恢复机制 进程终止：逐个终止线程，直到死锁消除 终止顺序： 线程的优先级（是前台交互还是后台处理）；已占用资源多少、还需要的资源多少；已运行时间长短 资源抢占： 把已经分发出去的锁收回让线程回退让几步，这样就不用结束整个线程，成本比较低 缺点：可能造成线程饥饿鸵鸟策略：鸵鸟这种动物在遇到危险的时候，通常就会把头埋在地上，这样一来它就看不到危险了。而鸵鸟策略的意思就是说，如果我们发生死锁的概率极其低，那么我们就直接忽略它，直到死锁发生的时候，再人工修复。这是一种消极的处理方式，不推荐。 六、如何在工程中避免死锁 1、设置超时时间 由于 synchronized不具备尝试锁的能力，可以使用 Lock的tryLock(long timeout, TimeUnit unit) 替代。造成超时的可能性多：发生了死锁、线程陷入死循环、线程执行很慢，无论是哪种情况，只要过了超时时间，就认为失败获取锁失败的时候，要执行一些应对措施：比如打日志、发报警邮件、重启等 /** * 使用Lock中的tryLock()避免死锁 */ public class TryLockDeaLock implements Runnable { int flag = 1; static Lock lock1 = new ReentrantLock(); static Lock lock2 = new ReentrantLock(); @Override public void run() { for (int i = 0; i try { if (lock1.tryLock(800, TimeUnit.MILLISECONDS)){ System.out.println("线程1，拿到lock1"); Thread.sleep(new Random().nextInt(1000)); if (lock2.tryLock(800,TimeUnit.MILLISECONDS)){ System.out.println("线程1，成功获取到 lock1 & lock2"); //释放 lock2.unlock(); lock1.unlock(); break; }else { System.out.println("线程1，获取lock2，失败，已重试"); lock1.unlock(); Thread.sleep(new Random().nextInt(1000)); } }else { System.out.println("线程1，获取lock1，失败，已重试"); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } if (flag ==0){ try { if (lock2.tryLock(3000, TimeUnit.MILLISECONDS)){ System.out.println("线程2，拿到lock2"); Thread.sleep(new Random().nextInt(1000)); if (lock1.tryLock(3000,TimeUnit.MILLISECONDS)){ System.out.println("线程2，成功获取到 lock1 & lock2"); //释放 lock2.unlock(); lock1.unlock(); break; }else { System.out.println("线程2，获取lock1，失败，已重试"); lock1.unlock(); Thread.sleep(new Random().nextInt(1000)); } }else { System.out.println("线程2，获取lock2，失败，已重试"); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } //主函数 public static void main(String[] args) { TryLockDeaLock t1 = new TryLockDeaLock(); TryLockDeaLock t2 = new TryLockDeaLock(); t1.flag = 1; t2.flag = 0; Thread thread1 = new Thread(t1); Thread thread2 = new Thread(t2); thread1.start(); thread2.start(); } } 2、多使用并发工具类，而不是自己设计锁 ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue、AtomicBoolean等实际应用中java.util.concurrent.atomic十分有用，简单方便且效率比使用Lock更高多用并发集合少用同步集合，并发集合比同步集合的可扩展性更好并发场景需要用到map，首先想到用ConcurrentHashMap 3、尽量降低锁的使用粒度：用不同的锁而不是一个锁 4、如果能使用同步代码块，就不使用同步方法在代码块中，可以自己指定锁对象（方便掌控锁） 5、给你的线程起个有意义的名字如果遇到问题，在debug和排查时事倍功半，更容易定位到问题，框架和JDK都遵守这个最佳实践 6、避免锁嵌套比如下图中在已经持有 lock1 的情况下，还要继续请求 lock2，锁互相嵌套，更容易导致死锁
银行家算法：在放贷之前，首先对资源的进行有效计算，看看资源能不能收回来。 8、不要几个功能用同一把锁每一个功能都要有自己专门的锁，专锁专用 七. 其它线程活跃性故障：活锁、饥饿死锁是最常见的活跃性问题，不过除了之前的死锁之外，还有一些类似的问题，会导致程序无法顺利执行，统称为 活跃性问题 1. 活锁 （1）什么是活锁 虽然线程并没有阻塞，也始终在运行（所以被称为“活锁”，线程是“活的”），但是程序却得不到进展，因为线程始终重复做同样的事如果是死锁，只会是等待，不会消耗CPU资源，但活锁除了程序无法进行，还会消耗 cpu 资源 （2）代码演示可参考文章：《牛郎织女的幸福生活》 （3）生产中的活锁：消息队列如果在消息队列中使用策略：消息处理失败，就放在队列开头重试。但是若该消息失败的原因是由于某个依赖的服务出了问题，会导致该消息一直失败。那么消息就会不停地重新放回队列头，不停地重试，虽然没阻塞，但是由于一直在处理该消息，程序也无法继续执行。 解决方案： 放到队列尾部设置重试次数限制 （4）活锁问题突破口增加随机因素：出现活锁的原因大都是因为重试机制不变，每一次重试的触发时机总是相同导致。所以可以参考以太网的指数退避算法：连接重试时间不是固定的，而是随机的，并且随机范围随着碰撞强度的升高而逐渐扩大。我们也可以加入一些随机因素，改变每次重试的条件或时机，或者每次重试的执行逻辑等。 2. 饥饿 （1）什么是饥饿 当线程需要某些资源(例如CPU)，但是却一直始终得不到线程的优先级设置过低，或者有某个线程持有锁同时又无限循环从而不释放锁，或者某程序始终占用某文件的写锁 （2）饥饿的影响饥饿可能会导致响应性差：比如，我们的浏览器有一个线程负责处理前台响应（打开收藏夹等动作），另外的后台线程负责下载图片和文件、计算渲染等。在这种情况下，如果后台线程把CPU资源都占用了，那么前台线程将无法得到很好地执行，这会导致用户的体验很差 （3）解决方案 注意到程序上不应该有锁使用完却不释放的逻辑错误不应该在程序中设置优先级 文章来源：死锁细究 个人微信：CaiBaoDeCai 微信公众号名称：Java知者 微信公众号 ID： JavaZhiZhe 谢谢关注！ |
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